| 题名 | 杉木纯林、杉一阔混交林与阔叶纯林生态系统土壤质量研究 |
| 作者 | 黄宇 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2004-05-27 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 冯宗炜 |
| 关键词 | 杉木人工林 地力衰退 杉一阔混交林 土壤质量评价 土壤溶液化学 C N贮量 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 中文摘要 | 杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb)Hook)是我国亚热带常绿阔叶林区特有的重要速生用材树种， 分布在我国南方的工6个省(区)，约占南方人工林面积的1／2，在我国森林蓄积量和木材生产中占有重要的地位。随着南方大面积用材林基地建设的发展，杉木纯林连栽引起的林地土壤肥力衰退、生态环境恶化、林木生产力下降的问题愈来愈受到林业专家和生态学家的关注。因此怎样有效地实现杉木人工林地力的可持续性利用是一个紧迫而现实的问题。本研究采用定位研究方法，以亚热带杉木中心产区中国科学院会同森林生态实验站的六种人工实验林为研究对象，即1983春设置的杉木纯林、杉木一火力楠混交林、火楠纯林以及1990年春设置杉木纯林、杉木一刺楸(非固氮阔叶树种)混交林、杉木一桤木(固氮阔叶树种)混交林， 从生态过程角度，探讨了连栽杉木针叶纯林、杉一阔混交林以及阔叶纯林等几种人工林生态系统对林地土壤质量、林地土壤溶液化学(soil solution chemistry)、生态系统生物量以及生态系统碳、氮贮存功能的影响研究。其目的主要是三个方面：进一步论证连栽杉木纯林是否必然导致林地土壤退化、林分生产力下降以及土壤酸化；杉．阔混交林是否能维持或提高林地土壤质量，从而维持杉木人工林可持续生产力； 杉木与不同阔叶树种混交其对林地土壤质量和林分生产力影响效果如何．本研究旨在为进一步探讨杉木人工纯林地力衰退机理以及混交林中混交树种对林地土壤肥力的作用机制提供科学依据，同时也为亚热带杉木人工林可持续生产力提供理论支撑，以及为其它人工林生态系统结构和功能过程的研究提供借鉴。主要研究结果如下： (1)杉． 阔混交林或阔叶纯林其凋落量明显高于连栽杉木纯林，其相应的营养元素积累量也比连栽杉木纯林高，不同阔叶树种对凋落量以及营养元素积累量有着显著的影响：作为固氮树种的桤木，其凋落量和营养元素积累量都大于刺楸；阔叶树凋落叶和杉阔混合凋落叶其分解速率大于纯杉木针叶，分解过程中C、N的释放速率也是前者大于后者；在凋落叶分解过程中，凋落物失重率与分解时间以及凋落物C、N含量、C／N比分别和凋落物失重率之间都有着密切的相关性。(2)杉木纯林、杉一阔混交林与阔叶纯林生态系统土壤质量研究与对应的连栽杉木纯林相比， 杉． 阔混交林土壤养分(特别是速效养分)、微生物C、N、P含量、土壤呼吸强度、酶活性(多酚氧化酶除外)、微生物商(Cmic：C吣)等都有不同程度的提高， 土壤物理性状以及腐殖质品质也有所改善， 而代谢商(qC02)稍有下降， 但杉木与固N树种的混交对林地土壤质量的改善效果比杉木与非固N树种混交好； 另外， 杉木纯林土壤pH值与交换性酸总量(包括交换性H和交换性A1)比混交林高， 虽然差异不都是很显著。(3)土壤物理、化学和生物学性状彼此之间都存在着密切的相关性， 表明土壤各种性质之间是相互作用相互影响的， 一种或几种性质的变化可能会引起其它某些性质的改变；土壤总有机C、阳离子交换量和微生物C含量几乎与所有测定的土壤酶活性和理化性质之间都存在显著的相关性(P<0．01或P<0．05)， 因此可以把土壤总有机C、阳离子交换量和微生物C含量这三者作为亚热带红黄壤地区人工林土壤质量的指示指标； 土壤微生物C含量与土壤总有机C、微生物N含量与全N、微生物P含量与全P含量之间也都存在着密切的相关性， 所以， 土壤微生物C含量可作为林地土壤有机C含量的一个指示指标， 土壤微生物N、P含量可指示林地土壤N、P的供应状况； 此外， 土壤总有机C、阳离子交换量、土壤微生物量分别和林下植被层生物量以及与森林凋落物现存量之间都呈显著正相关， 但与林分地下部分生物量相关性不是很明显； 土壤呼吸强度与植被生物量之间没有显著的相关性。(4)标准评分方程法结果表明，14年生人工林其土壤抗蚀性(erosion resistance)、养分有效性(nutrient availability)和根系适宜性(root suitability)三项土壤功能以及林地土壤质量指数(SQI)大体上处于中等水平状态(各项指数均在0．5左右波动)； 而20 年生人工林其土壤各项功能值和土壤质量指数稍高； 不同类型人工林生态系统相比较， 土壤抗蚀性、养分有效性、根系适宜性三项土壤功能以及土壤质量指数其评价值都是混交林和阔叶纯林大于对应的连栽杉木纯林。内梅罗土壤质量指数(NSQI)、土壤退化指数(SDI)、生物肥力指数(BIF)也都是混交林和阔叶纯林大于杉木纯林；SQI、NSQI、SDI、BIF彼此之间都具有良好的线性关系， 说明此四种评价方法都能有效地评价研究试区林地土壤质量． 另外， 从土壤退化指数(SDI)可以看出， 与研究试区的天然次生林比较， 本研究中的六个人工林生态系统林地土壤质量都有不同程度的退化。统计分析也表明，SQI、NSQI、SDI、BIF四种土壤质量指示指标和林下植被层生物量以及与森林凋落物现存量之间都呈显著的正相关， 但和林分总生物量与地下部分生物量相关性不明显， 说明林下植被和凋落物深刻地影响着林地土壤质量。(5)主要来自于大气中的一些土壤溶液离子浓度，如S042-、C1-、N／和M／*，在杉木纯林中显著高于混交林和阔叶纯林(P<0．01或P<0．05)，而主要受系统内影响较大的一些离子，如r和NH4’，在不同树种间变异较小(P>0．05)；旷和A13~浓度也是杉木纯林高于混交林，尽管差异并不显著；针阔混交林和阔叶纯林生态系统酸中和能力(ANC)远高于杉木纯林；土壤溶液中主要的阴离子是SO／一，而C／’是主要的阳离子；土壤溶液中的离子浓度和酸中和能力(ANC)呈明显的季节性变化，一般是冬、秋季较高，而夏、春两季相对较低，这其中又以SO／．与Ca2~浓度季节性变化最为明显；但N03-浓度却表现为夏季最高，然后是春季，冬、秋两季较低。(6)杉．阔混交林其生物量大于杉木纯林和阔叶纯林；从生态系统生物量分布来看，生物量主要集中于乔木层，占整个生物量的95％以上，林下植被层和凋落层的生物量所占比例非常小，一般不超过2％；生物量的分配格局也因树种不同而存在差异。统计分析结果也表明，林下植被层和凋落层生物量占总生物量的比例基本都是阔叶纯林和混交林大于杉木纯林，其中杉木与固氮树种的混交又大于杉木与非固氮树种的混交。(7)杉阔混交林植被C、N贮量都高于相对应的杉木纯林或阔叶纯林，从其分布来看，植被C、N贮量主要集中在乔木层；杉阔混交林和阔叶纯林土壤C、N贮量高于相对应的杉木纯林，从其分布来看，土壤C贮量主要集中在0-40 cm土层，但土壤N贮量的分布则相对较分散。杉阔混交林生态系统C、N总贮量要高于杉木纯林，生态系统C和N贮量的分布格局基本一致，地下部分是主体，林下植被层和凋落层所占比例最小；但地上部分与地下部分C贮量比例相对较低，说明此六个人工林生态系统还存在一定的固碳潜力，特别是植被部分。相关分析也表明，土壤C、N贮量分别和林下植被生物量以及与森林凋落物现存量之间都具有良好的线性关系，说明林下植被和森林凋落物对土壤C和N贮量都有着深刻的影响；但土壤C、N贮量与林分地下部分生物量之间相关性不明显。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 系统生态学 |
| 公开日期 | 2011-12-15 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/2141]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄宇. 杉木纯林、杉一阔混交林与阔叶纯林生态系统土壤质量研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2004. |
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